EP1167917A1 - Procédé de mesure d'épaisseur de paroi d'une aube creuse - Google Patents

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EP1167917A1
EP1167917A1 EP01401719A EP01401719A EP1167917A1 EP 1167917 A1 EP1167917 A1 EP 1167917A1 EP 01401719 A EP01401719 A EP 01401719A EP 01401719 A EP01401719 A EP 01401719A EP 1167917 A1 EP1167917 A1 EP 1167917A1
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EP
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detector
wall
partitions
thickness
signal
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Withdrawn
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EP01401719A
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German (de)
English (en)
Inventor
Franck Paul Dominique Panizzoli
Dominique Marc Bruno Placko
Eduardo Agapito Santander-Rojas
Yann Le Bihan
Olivier Lespinet
Alain Mourenko
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Safran Aircraft Engines SAS
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
SNECMA Moteurs SA
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9073—Recording measured data
    • G01N27/9086—Calibrating of recording device
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/10—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance

Definitions

  • the subject of this invention is measurement thickness of a wall of a hollow blade.
  • a feature of these pieces is that they are normally fitted with internal partitions covered by the wall, in order to stiffen the dawn or to compartmentalize the internal volume. These partitions disturb the measurements since their contributions to measurement signal overlap those of the wall and that they therefore tend to be confused with extra thickness.
  • ultrasonic measurements are not suitable for everyone materials, especially those that are anisotropic.
  • the process is based on the use of a particular eddy current detector, which is designed and used so that the contribution of partitions to the signal collected is minimized, and means of treatment are offered to eliminate substantially the influence of partitions on the measured.
  • a particular eddy current detector which is designed and used so that the contribution of partitions to the signal collected is minimized, and means of treatment are offered to eliminate substantially the influence of partitions on the measured.
  • the invention relates to a method for measuring the thickness of a wall hollow blade capable of covering partitions, characterized in that it consists in applying two poles of a magnetic core of a current detector Eddy on the wall in alignment parallel to partitions, the poles (8) being provided with coils (7) connected together in series, to move the detector on the wall perpendicular to the partitions, at record a signal produced by the detector, and deduce the wall thickness from calibrations preliminary.
  • Figure 1 partially shows a 1 hollow blade whose profile is drawn by a wall exterior 2 stiffened by partitions 3 of widths, of different and poorly known depths and gaps.
  • a sensor 4 is moved along a generator 5 of dawn 1. It comprises a magnetic core 6 in a hoop, on which an electromagnetic coil is formed, here composed of two coils 7 connected together in series and placed on the branches 8 of the hoop 6.
  • the detector 4 is at the end of a support arm 9 pushed back by a spring 10 so that the ends of the branches 8 touch the wall 2; a motorized device 11 allows to move the arm 9 and the detector 4 along the generator 5.
  • An alternating current generator 12 is placed on an electrical circuit 13 to which the coils 7 are connected in series, and a voltmeter 14 saves the voltage produced across the coils 7 and transmit it to a processing means 15 which constitutes an important element of the invention.
  • the signal measured by the voltmeter 14 depends in particular of the eddy currents that induction electromagnetic coil 7 produced on the portion near dawn 1, and which depends, in addition to the thickness of the wall 22, the presence or the absence of a partition 3 in front of the detector 4 or at proximity.
  • the influence of partitions 3 becomes almost imperceptible, so that we can even conceive of completely ignoring their existence and directly deducing the thickness of wall 2 from the signal received, after a preliminary calibration carried out on a series of smooth walls of different thickness.
  • the input data circulates in the network being modified with each neuron that they cross.
  • the neurons can be divided into successive layers and linked to all the neurons of the previous layer and the next layer.
  • a two-layer network comprising an output layer C 2 with a single neuron providing the desired output (the thickness) and with a lower or hidden layer C 1 composed of a few neurons (two, three or four in practice) supplied by the values obtained from the signal (R 1 or R 2 for example) was sufficient.
  • the neural network undergoes a prior learning which then allows it to express the descriptive parameters of a new situation, resembling the learning situation, according to the signals it receives. It is proposed here to make a calibration by means of a flat shim 30 (FIG. 6) formed of parallel strips 31 of increasing thickness and provided with ribs 32, similar to partitions 3, behind this plate, at different intervals, possibly d 'different thicknesses and widths which cut all the bands 31.
  • the detector 4 is walked along these bands 31 in the same way as for blade 1, so that it provides a sufficient number of reference signals which are exploited to regulate the neural network by adjusting the weights and their biases.
  • Such learning of the neural network can be done automatically by software so that the network outputs the known thickness of each band 31 as a function of the signals picked up by traversing this band.
  • a equivalent way of proceeding would be, instead of taking both sets of measurements by 4 and 4 'detectors mounted on an arm support 9 'ending in fork, to use the single detector 4 provided that it is mounted on the arm of support 9 by a coupling 40 allowing rotation (figure 2). The process would be exactly the same if only the two categories of signals would obtained successively.
  • detectors eddy currents such as detectors axisymmetric central coil emitting lines electromagnetic in all directions radiant, would only give results extremely imprecise in this app then an imprecision of standard deviation close to 10 ⁇ m for partitions a few millimeters thick can be hoped with the invention.

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Abstract

Un détecteur de courant de Foucault (4) comprend deux pôles alignés dans la direction d'extension de cloison (3) situés derrière une paroi (2) dont l'épaisseur doit être mesurée mais qui perturbe les mesures. L'influence des cloisons (3) est réduite si le noyau (6) du détecteur (4) comprend deux pôles alignés dans la direction d'extension des cloisons (3) et si un système logique est utilisé pour corriger les résultats obtenus en fonction de résultats préliminaires sur une surface de référence. <IMAGE>

Description

Le sujet de cette invention est la mesure d'épaisseur d'une paroi d'une aube creuse.
Une caractéristique de ces pièces est qu'elles sont normalement munies de cloisons internes couvertes par la paroi, afin de raidir l'aube ou de compartimenter le volume interne. Ces cloisons perturbent les mesures puisque leurs contributions au signal de mesure se superposent à celles de la paroi et qu'elles tendent donc à être confondues avec des surépaisseurs. Il existe déjà plusieurs procédés non destructifs susceptibles d'accomplir des mesures d'épaisseur, mais certains, comme la tomographie aux rayons X où un réseau de détecteurs prend des vues successives autour de l'objet à reconnaítre, sont trop compliqués d'emploi alors que d'autres, comme les mesures aux infrarouges, sont trop peu précis. Enfin, les mesures aux ultrasons ne conviennent pas pour tous les matériaux, notamment ceux qui sont anisotropes.
Un procédé particulier de mesures d'épaisseur non destructif et exempt de ces défauts a été développé pour donner des indications précises et fiables sur l'épaisseur d'une paroi malgré la présence de cloisons derrière cette paroi, à des emplacements mal connus et qui perturbent les mesures d'épaisseur.
Le procédé repose sur l'emploi d'un détecteur particulier de courants de Foucault, qui est conçu et employé pour que la contribution des cloisons au signal recueilli soit minimisée, et des moyens de traitement sont proposés pour éliminer substantiellement l'influence des cloisons sur la mesure. Plusieurs modes de réalisation particuliers sont possibles, plus ou moins raffinés et qui donnent des résultats précis en conséquence.
Sous sa forme la plus générale, l'invention concerne un procédé de mesure d'épaisseur d'une paroi d'aube creuse susceptible de couvrir des cloisons, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer deux pôles d'un noyau magnétique d'un détecteur de courants de Foucault sur la paroi en alignement parallèle aux cloisons, les pôles (8) étant munies de bobines (7) reliées entre elles en série, à déplacer le détecteur sur la paroi perpendiculairement aux cloisons, à enregistrer un signal produit par le détecteur, et à en déduire l'épaisseur de la paroi d'après des étalonnages préliminaires.
Le document US 4 005 359 A décrit une sonde à courants de Foucault appliquée à estimer l'épaisseur d'un revêtement de peinture ou d'émail sur un substrat conducteur ; elle se compose de deux bobinages disposés en transformateur, c'est-à-dire associés par induction électromagnétique mais non liés électriquement.
Le document US 5 172 059 A montre qu'une bobine induisant des courants de Foucault dans un substrat sous elle est sensible à des variations d'épaisseur de ce substrat.
L'invention sera décrite en détail au moyen des figures suivantes, qui feront mieux apparaítre ses caractéristiques, aspects et avantages, dans des modes de réalisation illustratifs :
  • la figure 1 est une vue générale du procédé ;
  • la figure 2 illustre en gros plan le détecteur ;
  • la figure 3 est une représentation d'un détecteur composite ;
  • la figure 4 est un exemple de signaux obtenus ;
  • la figure 5 illustre un réseau de neurones artificiels ;
  • et la figure 6 est une vue d'une cale d'étalonnage.
La figure 1 représente partiellement une aube 1 creuse dont le profil est dessiné par une paroi extérieure 2 raidie par des cloisons 3 de largeurs, de profondeurs et d'écartements différents et mal connus. Un capteur 4 est déplacé le long d'une génératrice 5 de l'aube 1. Il comprend un noyau magnétique 6 en arceau, sur lequel est formé un bobinage électromagnétique, ici composé de deux bobines 7 reliées entre elles en série et placées sur les branches 8 de l'arceau 6. Le détecteur 4 est au bout d'un bras de support 9 repoussé par un ressort 10 de manière que les bouts des branches 8 touchent la paroi 2 ; un appareil 11 à moteur permet de déplacer le bras 9 et le détecteur 4 le long de la génératrice 5. Un générateur de courant alternatif 12 est placé sur un circuit électrique 13 auquel les bobines 7 sont branchées en série, et un voltmètre 14 permet d'enregistrer la tension produite aux bornes des bobines 7 et de la transmettre à un moyen de traitement 15 qui constitue un élément important de l'invention. Le signal mesuré par le voltmètre 14 dépend en particulier des courants de Foucault que l'induction électromagnétique des bobines 7 produit sur la portion avoisinante de l'aube 1, et qui dépend, outre de l'épaisseur de la paroi 22, de la présence ou de l'absence d'une cloison 3 devant le détecteur 4 ou à proximité. On a toutefois découvert que, si les pôles du noyau 6, situés au bout des branches 8, étaient alignés dans la direction des cloisons 3, comme on l'a représenté, l'influence des cloisons 3 était beaucoup moins sensible sur la sonde présente, c'est-à-dire que le signal ne variait que faiblement quand le détecteur 4 passait devant une des cloisons 3. La figure 4 donne l'allure de la courbe obtenue (R1 pour une fréquence d'excitation de 100 kHz et R2 pour 300 kHz) pour un profil d'aube 1 figuré en regard.
Si la tension mesurée par le voltmètre 14 est VB et l'intensité du courant passant par les bobines 7 est I, on peut écrire Z0 = V0 / I0 = R0 + jX0 où Z0 est l'impédance, R0 la résistance et X0 la réactance du circuit à l'état à vide (quand l'aube 1 est absente), et Zc = Vc / Ic = Rc + jXc quand le détecteur 4 est appliqué sur l'aube 1 ; j est la constante imaginaire (j2=-1). Le moyen de traitement peut exploiter les mesures notamment en relevant l'allure de la réactance normalisée Xcm = Xc / X0, ce qu'on propose ici, ou éventuellement de la résistance normalisée Rc - R0 / X0. On voit que pour des fréquences d'induction relativement faible, l'influence des cloisons 3 devient presque imperceptible, si bien qu'on peut même concevoir d'ignorer complètement leur existence et de déduire directement l'épaisseur de la paroi 2 d'après le signal capté, après un étalonnage préalable mené sur une série de parois lisses d'épaisseur différente.
Il est toutefois préféré de recourir à des traitements plus compliqués pour déduire l'épaisseur de la paroi 2 du signal obtenu, et le moyen de traitement 15 où ces opérations sont entreprises mérite d'être décrit de façon plus détaillée. Il renferme un réseau de neurones artificiels pouvant prendre la disposition indiquée sur la figure 5. Un neurone artificiel N est en pratique un processeur élémentaire qui reçoit un certain nombre d'entrées e auxquelles sont associés des poids W, et fournit une sortie s qui dépend des entrées pondérées et de biais b, selon la formule s=F(We+b) où F est une fonction d'activation déterminée par la programmation du neurone N. Les données d'entrée circulent dans le réseau en étant modifiées à chaque neurone qu'elles traversent. Les neurones peuvent être répartis en couches successives et enchaínés à tous les neurones de la couche précédente et de la couche suivante. Dans le cas présent, on a constaté qu'un réseau à deux couches, comprenant une couche de sortie C2 à neurone unique fournissant la sortie souhaitée (l'épaisseur) et à couche inférieure ou cachée C1 composée de quelques neurones (deux, trois ou quatre en pratique) alimentés par les valeurs obtenues du signal (R1 ou R2 par exemple) était suffisant. De plus, les fonctions opérées par les neurones sont l'identité (F(W.e+b)=W.e+b) dans la couche C1 et la tangente hyperbolique (F(W.e+b)=tanh(W.e+b)) dans la couche C2. Le réseau de neurones subit un apprentissage préalable qui lui permet ensuite d'exprimer les paramètres descriptifs d'une nouvelle situation, ressemblant à la situation d'apprentissage, en fonction des signaux qu'il reçoit. On propose ici de faire un étalonnage au moyen d'une cale plane 30 (figure 6) formée de bandes parallèles 31 d'épaisseur croissante et munie de nervures 32, analogues aux cloisons 3, derrière cette plaque, à des intervalles différents, éventuellement d'épaisseurs et de largeurs différentes et qui coupent toutes les bandes 31. Le détecteur 4 est promené le long de ces bandes 31 de la même façon que pour l'aube 1, afin qu'il fournisse un nombre suffisant de signaux de référence qui sont exploités pour régler le réseau de neurones en ajustant les poids et les biais de ceux-ci. De tels apprentissages du réseau de neurones peuvent être faits automatiquement par des logiciels de façon que le réseau donne en sortie l'épaisseur connue de chaque bande 31 en fonction des signaux captés en parcourant cette bande.
Quoique l'agencement déjà décrit du détecteur 4 soit le préféré, les mesures peuvent être complétées par un détecteur 4' semblable, mais disposé avec les pôles alignés perpendiculairement aux cloisons 3 (figure 3), ce qui donne des lignes d'aimantation perpendiculaires à ces cloisons et des courants de Foucault importants en elles. Il est alors évident que l'influence des cloisons sera beaucoup plus forte sur les mesures qu'avec le détecteur 4, ce qu'on peut vérifier sur les courbes de réponse R3 et R4 de la figure 4. Les signaux du détecteur 4' fournis au réseau de neurones avec ceux du détecteur 4 permettent de corriger l'influence des cloisons et d'obtenir une précision encore meilleure pour l'évaluation de l'épaisseur de la paroi 2, puisque l'influence des cloisons 3 est mieux perçue par le détecteur 4'. Une façon équivalente de procéder aux mesures consisterait, au lieu de prendre simultanément les deux séries de mesures par des détecteurs 4 et 4' montés sur un bras de support 9' se terminant en fourche, à utiliser le seul détecteur 4 à condition de le monter au bras de support 9 par un accouplement 40 permettant la rotation (figure 2). Le procédé serait exactement semblable si ce n'est que les deux catégories de signaux seraient obtenues successivement.
Une autre source de perturbation provient de l'inclinaison du détecteur 4 ou 4', qui reste dans l'alignement du bras de support 9, sur l'aube 3 à cause de sa courbure. Toutefois, une correction peut être entreprise facilement puisqu'on peut vérifier que l'inclinaison n'a d'effet que sur les proportions des parties réelle et imaginaire du signal fourni par le voltmètre 14. Plus précisément, on peut écrire que Xcn=aRcn+b, où a est un coefficient qui dépend de l'inclinaison du détecteur 4 sur l'aube 1. Il suffit alors d'appliquer les signaux reçus à un réseau de neurones supplémentaire pour qu'il donne en sortie le signal rectifié, qui est celui qu'on aurait obtenu avec un détecteur 4 ou 4' orienté bien droit sur la paroi 2. Un apprentissage du réseau de neurones supplémentaire est obtenu en promenant le détecteur 4 sur les bandes 31 avec des inclinaisons différentes, pour déterminer des valeurs du coefficient a.
Il faut souligner que d'autres détecteurs de courants de Foucault, tels que des détecteurs axisymétriques à bobine centrale émettant des lignes électromagnétiques dans toutes les directions rayonnantes, ne donneraient que des résultats extrêmement imprécis dans cette application, alors qu'une imprécision d'écart-type proche de 10 µm pour des cloisons de quelques millimètres d'épaisseur peut être espérée avec l'invention.

Claims (5)

  1. Procédé de mesure d'épaisseur d'une paroi d'aube (2) creuse susceptible de couvrir des cloisons (3), caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer deux pôles (8) d'un noyau magnétique (6) d'un détecteur (4) de courants de Foucault sur la paroi en alignement parallèle aux cloisons, les pôles (8) étant munies de bobines (7) reliées entre elles en série, à déplacer le détecteur sur la paroi perpendiculairement aux cloisons, à enregistrer un signal produit par le détecteur, et à en déduire l'épaisseur de la paroi d'après des étalonnages préliminaires.
  2. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les étalonnages préliminaires comprennent des séries de mesures sur des parois de référence (31) d'épaisseurs différentes et couvrant chacune des cloisons (32) séparées par des intervalles différents.
  3. Procédé de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un apprentissage d'un réseau de neurones (N) au moyen des étalonnages préliminaires, et en ce que l'épaisseur de la paroi est obtenue en fournissant le signal produit par le détecteur à une entrée du réseau de neurones.
  4. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste encore à appliquer deux pôles d'un noyau magnétique d'un détecteur de courants de Foucault (4') sur la paroi en alignement perpendiculaire aux cloisons, à déplacer le détecteur sur la paroi perpendiculairement aux cloisons, à enregistrer un second signal, produit par le détecteur, et en ce que l'épaisseur de la paroi est déduite des étalonnages préliminaires et, à la fois, du premier signal et du deuxième signal.
  5. Procédé de mesure selon l'une quelconque de revendication 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une estimation d'inclinaison du détecteur sur la paroi et une correction de traitement de la déduction d'épaisseur en fonction de l'inclinaison.
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